科学探索|中国科大研制出全流程机器化学家 初步实现智能化学范式

机器人不仅能成为科学家的科研助手 , 还能成为科学家?中国科学技术大学(中国科大)青年科研团队通过最新研发成果给出了肯定的答案 。“数据智能驱动的全流程人工智能机器化学家”的研究成果论文 , 已在最新一期《国家科学评论》(NSR)学术期刊发表 。
来自中国科学院(中科院)的最新消息称 , 在该院“数据驱动的化学、材料和生物科学的机器科学家”青年团队计划和国家自然科学基金委员会项目资助下 , 中国科大化学与材料科学学院罗毅、江俊教授团队与自动化系尚伟伟等合作 , 通过开发和集成移动机器人、化学工作站、智能操作系统、科学数据库 , 研制出数据智能驱动的全流程机器化学家 , 并已初步实现智能化学范式 。
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国际审稿人评价说 , 该成果的“机器人系统、工作站和智能化学大脑都是最先进的”“将对化学科学产生巨大影响” 。业内专家认为 , 机器化学家的研究工作脱离了传统试错研究范式的限制 , 展现出“最强化学大脑”指导的智能新范式的巨大优势 , 引领化学研究朝着知识理解数字化、操作指令化、创制模板化的未来趋势前进 , 确立了中国在智能化学创新领域的全球领跑地位 。
据中国科大研究团队介绍 , 机器化学家平台实现大数据与智能模型双驱动下的化学合成-表征-测试全流程开发 , 在软硬件方面已全面超过欧美同类装置 , 作为唯一装载了计算大脑、理论模型和开放式操作系统的智能平台 , 它具有更强的化学智能和广泛的化学品开发能力 , 目前已涵盖光催化与电催化材料、发光分子、光学薄膜材料等 , 且适用范围将随平台升级和拓展继续扩大 。
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机器化学家平台可采用机器智能去查找和阅读文献 , 从海量研究数据中汲取专家经验 , 在前人知识与数据的基础上提出科学假说并制定实验方案;调度2台移动机器人和15个自主开发的智能化学工作站 , 完成高通量合成、表征、测试的化学实验全流程 , 且预留标准接口 , 具备可扩展性;通过配套的后台操作系统 , 实现数据的自动采集、处理、分析和可视化 , 并装载云端数据库 , 可实时调用和更新数据库信息;独有的计算大脑通过调用物理模型、理论计算、机器学习和贝叶斯优化 , 让智能模型融入底层的理论规律与复杂的化学实验演化 , 使机器科学家更加理解化学 , 更加擅长化学创造 。
中国科大研究团队科普解读说 , 化学研究的对象日益复杂化、高维化 , 传统的研究范式主要是依赖于“穷举”“试错”的手段 。面对庞大的化学空间 , 配方和工艺的搜索常常止步于局部最优 , 无法进行全局探索 。以潜力巨大的高熵(高复杂、高无序)化合物催化剂为例 , 其多种元素的高度无序混合带来高稳定性 , 也给人工试验找出最优配比带来极大挑战 。获得最优配方需要遍历测试极其庞大的化学配比组合 , 目前仅限于对最多3种金属组合进行优化 。
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